DE69934884T2

DE69934884T2 - Polyethylene glycol-polyorthoester, polyethylene glycol-polyorthoester-polyethylene glycol, und polyorthoester-polyethylene glycol-polyorthoester blockcopolymere

Info

Publication number: DE69934884T2
Application number: DE69934884T
Authority: DE
Inventors: Jorge Woodside HELLER; Y. Steven San Francisco NG
Original assignee: AP Pharma Inc
Current assignee: Heron Therapeutics LLC
Priority date: 1998-06-04
Filing date: 1999-05-28
Publication date: 2007-10-18
Anticipated expiration: 2019-05-29
Also published as: CA2332333A1; MXPA00011998A; CN1304423A; AU4220499A; JP2002517535A; EP1084170A1; DE69934884D1; ES2281176T3; WO1999062983A1; EP1084170B1; KR100546983B1; NZ508301A; US5939453A; AU749197B2; KR20010071330A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft Poly(ethylenglykol)-Poly(orthoester)-, Poly(ethylenglykol)-Poly(orthoester)-Poly(ethylenglykol)- und Poly(orthoester)-Poly(ethylenglykol)-Poly(orthoester)-Blockcopolymere.
Hintergrund der Erfindung
1) Mizellensystem für Tumor-Targeting
Eines der Hauptprobleme bei der Behandlung von Krebs ist die Schwierigkeit, eine ausreichende Konzentration eines Antikrebswirkstoffs im Tumor zu erzielen. Das ist auf die, manchmal extreme, Toxizität solcher Wirkstoffe zurückzuführen, welche die Mengen, die eingesetzt werden können, drastisch einschränkt. Eine wichtige Entdeckung in der Krebschemotherapie war jedoch der so genannte EPR-Effekt ("erhöhte Permeation und Retention"). Der EPR-Effekt basiert auf der Beobachtung, dass Tumorgefäße, die neu gebildete Gefäße sind, ein unvollständig ausgebildetes Epithel aufweisen und durchlässiger sind als bestehende ältere Gefäße, die im wesentlichen für größere Moleküle undurchlässig sind. Außerdem weisen Tumoren auch eine geringere Ableitung der Lymphflüssigkeit auf, wodurch die Retention von dem Tumor zugeführten Antikrebswirkstoffen erleichtert wird.
Der EPR-Effekt kann beim Krebs-Targeting genutzt werden, indem Antikrebswirkstoffe enthaltende Zufuhrsysteme eingesetzt werden, die zu groß sind, um normale Gefäße zu durchdringen, aber klein genug sind, um Tumorgefäße zu durchdringen, und es wurden diesbezüglich zwei Ansätze entwickelt. Bei einem Ansatz wird ein wasserlösliches Polymer über eine hydrolytisch labile Bindung genutzt. Solche Arzneimittel-Polymer-Konstruktionen werden intravenös injiziert und sammeln sich in den Tumoren an, wo sie von den Zellen durch Endozytose aufgenommen werden und durch enzymatische Spaltung der labilen Bindung, die das Arzneimittel an das Polymer bindet, in das lysosomale Kompartiment der Zelle abgegeben werden. Die beiden Nachteile dieses Ansatzes sind erstens, dass nichtabbaubare, wasserlösliche Polymere eingesetzt werden und dass eine mühselige Fraktionierung des Polymers erforderlich ist, um sicherzustellen, dass das Molekulargewicht des Polymers unter der Nierenausscheidungsschwelle liegt, und zweitens, dass das Arzneimittel chemisch an das Polymer gebunden werden muss, wodurch eine neue Arzneimitteleinheit geschaffen wird, wodurch in der Folge Einstellungshürden überwunden werden müssen. Der Einsatz von Polymerkonjugaten in der Krebsdiagnose und -behandlung wird von R. Duncan et al., "The role of polymer conjugates in the diagnosis and treatment of cancer", S.T.P. Pharma Sciences 6 (4), 237–263 (1996) erläutert, und ein Beispiel für ein Konjugat aus Alginat und einem biologisch aktiven Wirkstoff wird von Al-Shamkhani et al., US-Patent Nr. 5.622.718 angeführt.
Ein alternativer Ansatz wurde ebenfalls beschrieben. Bei diesem Ansatz wird ein AB- oder ABA-Blockcopolymer hergestellt, wobei der B-Block hydrophob und der A-Block hydrophil ist. Wenn ein solches Material in Wasser getaucht wird, bildet es von selbst Mizellen mit einem hydrophoben Kern und einem hydrophilen Mantel, der den Kern umgibt. Solche Mizellen haben einen Durchmesser von etwa 100 nm, was groß genug ist, damit die Mizellen, wenn sie intravenös injiziert werden, normale Gefäße nicht verlassen können, aber klein genug ist, damit sie die Gefäße in Tumoren verlassen können. Außerdem ist ein 100-nm-Durchmesser zu gering, um von einem Reticuloendothelsystem erkannt zu werden, wodurch die Lebensdauer der Mizelle im Blutkreislauf erhöht wird. Zusätzlich dazu wird, wie durch "getarnte" Liposomen beobachtet wurde, eine weitere Verlängerung der Verweilzeit im Blutkreislauf verzeichnet, wenn der hydrophile Block Poly(ethylenglykol) ist. Der Einsatz von Blockcopolymer-Mizellen wird von G.S. Kwon et al., "Block copolymer micelles as long-circulating drug delivery vehicles", Adv. Drug Delivery Rev. 16, 295–309 (1995) beschrieben.
Skurai et al., US-Patente Nr. 5.412.072 und 5.693751, und Ykoyama et al., US-Patente Nr. 5.449.513 und 5.510.103, beschreiben Blockcopolymere, die als Mizellen-Zufuhrsysteme wirksam sind, wobei der hydrophile Block Poly(ethylenglykol) ist und die hydrophoben Blöcke verschiedene Derivate von Poly(asparaginsäure), Poly(glutaminsäure) und Polylysin sind. Die US-Patente Nr. 5.412.072 und 5.693.751 beschreiben einen Ansatz, bei dem Arzneimittel chemisch an das hydrophobe Segment gebunden wurden, während die US-Patente Nr. 5.449.513 und 5.510.103 einen Ansatz beschreiben, bei dem hydrophobe Arzneimittel physikalisch in dem hydrophoben Teil der Mizelle eingeschlossen wurden. Letzterer Ansatz ist deutlich zu bevorzugen, da keine chemische Veränderung des Arzneimittels erforderlich ist.
2) Bioerodierbare Blockcopolymer-Matrix für gesteuerte Arzneimittelzufuhr
Bei AB-, ABA- oder BAB-Blockcopolymeren, die eine hydrophilen A-Block und einen hydrophoben B-Block umfassen, sind die A- und B-Blöcke nicht verträglich, und in mikroskopischem Maßstab kommt es zu einer Phasentrennung. Diese Phasentrennung verleiht dem Material einzigartige und wirksame thermische Eigenschaften.
Der Stand der Technik in Bezug auf die Entwicklung von Blockcopolymeren aus Poly(ethylenglykol) und bioerodierbaren, hydrophoben Segmenten, wie z.B. Poly(L-milchsäure)-, Poly(L-milch-co-glykolsäure)-Copolymere und Poly(ε-caprolacton), und in Bezug auf die Erörterung ihres Einsatzes als Arzneimittelzufuhrwirkstoffe ist beachtlich. Siehe beispielsweise W.N.E. Wolthius et al., "Synthesis and characterization of poly(ethylene glycol) poly-L-lactide block copolymers", Third European Symposium on Controlled Drug Delivery, 271–276 (1994), L. Youxin et al., "Synthesis and properties of biodegradable ABA triblock copolymers...", J. Controlled Release 27, 247–257 (1993) und Bezwada et al., US-Patent Nr. 5.133.739.
Poly(orthoester) sind als potentielle Träger für Langzeit-Arzneimittelzufuhr bekannt. Siehe beispielsweise J. Heller, "Poly(Ortho Esters)", Adv. Polymer Sci. 107, 41–92 (1993) und darin zitierte Verweise, Heller et al., US-Patente Nr. 4.304.767, 4.946.931 und 4.9557.998 und Internationale PCT-Veröffentlichung Nr. WO 97/25366.
Die Offenbarungen dieser und anderer Dokumente, auf die in dieser Anmeldung verwiesen wird, sind durch Verweis hierin aufgenommen.
Allerdings wurden keine Blockcopolymer-Systeme beschrieben, in denen das hydrophobe, bioerodierbare Segment ein Poly(orthoester) ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In einem ersten Aspekt stellt diese Erfindung ein Blockcopolymer der Formel I:
der Formel II:
oder der Formel III bereit:
worin m und n unabhängig voneinander ganze Zahlen von 5 bis 500 sind;
p und q unabhängig voneinander ganze Zahlen von 5 bis 100 sind;
R¹ C₂-C₄-Alkyl ist;
R² C₁-C₄-Alkyl ist;
R³ H oder C₁-C₄-Alkyl ist; und
A -O-R⁴-, -O-R⁵- oder ein Gemisch davon ist; worin
R⁴ ausgewählt ist aus:
worin t eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist,
R⁶ C₁-C₄-Alkyl ist und
R⁷ H oder C₁-C₄-Alkyl ist; und
R⁵
ist, worin
x eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist und
R⁸ H oder C₁-C₆-Alkyl ist.
In einem zweiten Aspekt stellt diese Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Blockcopolymers der Formel I, Formel II oder Formel III bereit, wie in "DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG" erläutert wird.
In einem dritten Aspekt stellt die vorliegende Erfindung eine mizellare pharmazeutische Zusammensetzung für die Zufuhr eines hydrophoben oder wasserunlöslichen Wirkstoffs bereit, wobei der Wirkstoff, der ein Blockcopolymer der Formel I, Formel II oder Formel III oder ein Gemisch aus diesen umfasst, physikalisch in einem Arzneimittelträger eingeschlossenen ist, jedoch nicht kovalent an diesen gebunden ist.
In einem vierten Aspekt stellt die Erfindung eine Zusammensetzung zur Langzeitfreisetzung eines Wirkstoffs bereit, wobei der Wirkstoff in einer Matrix, die ein Blockcopolymer der Formel I, Formel II oder Formel III oder ein Gemisch davon umfasst, dispergiert ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die Abbildung zeigt die Rate des Gewichtsverlusts eines erfindungsgemäßen Blockcopolymers in einer wässrigen Lösung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Definitionen
Sofern in dieser Beschreibung nichts anderes angegeben ist, werden alle fachlichen und wissenschaftlichen Bezeichnungen hierin gemäß ihrer herkömmlichen Definition gebraucht, wie sie üblicherweise von Fachleuten auf dem Gebiet der Synthese- und pharmazeutischen Chemie verwendet und verstanden werden.
"Wirkstoff" bezeichnet eine beliebige Verbindung oder ein beliebiges Verbindungsgemisch, das ein positives oder nützliches Ergebnis hervorruft. Wirkstoffe sind von anderen Komponenten, wie z.B. Trägern, Hilfsmitteln, Verdünnungsmitteln, Gleitmitteln, Bindemitteln und anderen Formulierungshilfsstoffen, sowie einkapselnden oder auf andere Weise schützenden Komponenten zu unterscheiden. Beispiele für Wirkstoffe sind pharmazeutische, landwirtschaftliche oder kosmetische Mittel. Geeignete pharmazeutische Mittel umfassen Antigene, Antikörper, Vakzinen, Hormone (z.B. Östrogene, Progestine, Androgene, Nebennierenrindensteroide, Insulin, Erythropoietin und dergleichen), Vitamine, Enzyme, Proteine, natürlich vorkommende oder mittels Gentechnologie hergestellte Substanzen, Antiinfektionsmittel (wie z.B. Antibiotika, antivirale Mittel, Fungizide, Skabizide oder Pedikulizide), antipsychotische Mittel (z.B. Phenothiazine, wie z.B. Chlorpromazin, Triflupromazin, Mesoridazin, Piperacetazin und Thioridazin; Thioxanthene wie z.B. Chlorprothixen; und dergleichen) Anxiolytika (z.B. Benzodiazepine wie z.B. Diazepam, Alprazolam, Clonazepam, Oxazepam; und Barbiturate), Antidepressiva (z.B. Trizyklika, Monoaminoxidasehemmer, Serotoninrückbindungshemmer und andere, wie z.B. Imipramin, Amitriptylin, Doxepin, Nortriptylin, Amoxapin, Tranylcypromin, Phenelzin, und der gleichen), Stimulanzien (z.B. Methylphenidat, Doxapram, Nikethamid, und dergleichen), Narkotika (z.B. Morphin, Meperidin, Codein und dergleichen), schmerzlindernde Antipyretika und entzündungshemmende Mittel (z.B. Aspirin, Ibuprofen, Naproxen und dergleichen), lokale Anesthetika (z.B. Procain, Lidocain, Tetracain und dergleichen), Fertilitätskontrollmittel, Antikrebswirkstoffe (z.B. anthrazykline Antibiotika, wie z.B. Doxorubicin, Daunorubicin und Epirubicin, Mitomycin C, Dactinomycin, Tamoxifen, Paclitaxel und Analoga davon, wie z.B. Docetaxol, Platinanaloga, wie z.B. Cisplatin und Carboplatin, Antikrebsproteine, wie z.B. Neocarzinostatin und L-Asparaginase, Photosensibilisatoren für photodynamische Therapie, Alkylanzien, wie z.B. Cyclophosphamid, Mechlorethamin, Melphalan, Chlorambucil, Carmustin und Lomustin, Antimetabolite wie z.B. Methotrexat, Alkaloide wie z.B. Vinblastin, Vincristin und Vindesin, 5-Fluoruracil, Thioguanin, Streptozocin, Bleomycin und dergleichen), Herzkreislaufmittel und Antihypertonika (z.B. Procainamid, Amylnitrit, Nitroglycerin, Propranolol, Metoprolol, Prazosin, Phentolamin, Trimethaphan, Captopril, Enalapril und dergleichen), Arzneimittel zur Behandlung von Lungenerkrankungen, Antiepilepsie-Wirkstoffe (z.B. Phenytoin, Ethotoin und dergleichen), Antipruritika, Adstringenzien, Antihidrotika, keratolytische Mittel, keratoplastische Mittel, Rubefacienzien, Sonnenschutzmittel, Pigmentierungsmittel oder Emollientia. Die Bezeichnung "Wirkstoffe" umfasst außerdem Biozide, wie z.B. Fungizide, Pestizide und Herbizide, Pflanzenwachstumsförderer oder -hemmer, Konservierungsmittel, Desinfektionsmittel, Luftreiniger und Nährstoffe.
"Bioerodierbar" oder "biologisch abbaubar" oder ähnliche Bezeichnungen beziehen sich auf den Abbau, das Zersetzen oder den Verdau des Polymers durch Einwirkung einer biologischen Umgebung, einschließlich der Wirkung lebender Organismen, und insbesondere bei physiologischem pH-Wert und physiologischer Temperatur. Ein Hauptmechanismus der Bioerosion der Copolymere der vorliegenden Erfindung ist die Hydrolyse der Bindungen zwischen und innerhalb der POE-Blöcke des Copolymers.
"CDM" bedeutet Cyclohexandimethanol.
"Kontrollierte Freisetzung", "Langzeitfreisetzung" und ähnliche Bezeichnungen beziehen sich auf eine Art der Zufuhr des Wirkstoffs, zu der es kommt, wenn der Wirkstoff von dem Träger oder Hilfsmittel in einer feststellbaren und kontrollierbaren Rate über einen Zeitraum hinweg abgegeben wird, anstatt dass er unmittelbar nach der Aufnahme oder Anwendung dispergiert wird. Kontrollierte oder Langzeitfreisetzung kann sich über Stunden, Tage oder Monate erstrecken und kann in Abhängigkeit von zahlreichen Faktoren variieren. In der vorliegenden Erfindung ist die Hydrolyserate der Bindungen zwischen den und innerhalb der Copolymere ein wichtiger Faktor, der die Zufuhrrate bestimmt. Die Hydrolyserate kann umgekehrt durch die Zusammensetzung des Copolymers und die Anzahl der hydrolysierbaren Bindungen in dem Copolymer gesteuert werden. Andere Faktoren umfassen Teilchengröße, Teilchenzusammensetzung, Teilchenhydrierung, Azidität des Mediums (entweder innerhalb oder außerhalb der Matrix), Löslichkeit des Wirkstoffs in der Matrix und Molekulargewicht und Ladungsdichte des Wirkstoffs.
"DETOSU" bedeutet 3,9-Di(ethyliden)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecan.
"Matrix" bezieht sich auf die physikalische Struktur des Copolymers. Feste Matrices halten den Wirkstoff im Wesentlichen auf eine Weise zurück, die die Freisetzung des Wirkstoffs verhindert, bis das Copolymer erodiert oder zersetzt ist.
"PEG" bedeutet Polyethylenglykol, H-[OCH₂CH₂]_m-OH mit einem numerischen Suffix, das das nominelle zahlenmittlere Molekulargewicht, M_n, angibt. Sofern es der Zusammenhang nicht anders erfordert, umfasst "PEG" auch Polyethlyenglykol-C₁-C₄-alkylether, R²-[OCH₂CH₂]_m-OH, der manchmal auch als "RPEG" bezeichnet wird.
"POE" bedeutet Poly(orthoester).
"PTSA" bedeutet p-Toluolsulfonsäure.
"Sequestrierung" bezieht sich auf das Einschließen oder Zurückhalten eines Wirkstoffs in den Innenräumen einer Copolymer-Matrix. Die Sequestrierung eines Wirkstoffs in der Matrix kann die toxische Wirkung des Wirkstoffs beschränken, die Wirkdauer des Wirkstoffs auf kontrollierte Weise verlängern, die Freisetzung des Wirkstoffs an einem präzise definierten Ort in einem Organismus ermöglichen oder einen instabilen Wirkstoff gegen das Einwirken der Umgebung schützen.
"THF" bedeutet Tetrahydrofuran.
"Träger" und "Hilfsmittel" bezeichnen einen Inhaltsstoff, die in einer Zusammensetzung, wie z.B. einem pharmazeutischen oder kosmetischen Präparat, aus anderen Gründen als der therapeutischen oder einer anderen biologischen Wirkung enthalten ist. Die Funktionen, die Träger und Hilfsmittel erfüllen, umfassen den Transport eines Wirkstoffs an eine Stelle, die von Interesse ist, die Steuerung des Zugangs zu einem Wirkstoff oder der Freisetzung eines Wirkstoffs durch Sequestrierung oder auf andere Weise und die Erleichterung der Anwendung eines Wirkstoffs in einer Region, in der seine Wirkung erforderlich ist. Die Copolymere der vorliegenden Erfindung können als Träger für die Langzeitfreisetzung von Wirkstoffen dienen.
Angaben von Bereichen, wie z.B. in Bezug auf Temperaturen, Zeitspannen, Größen und dergleichen, sind, sofern nicht anders angegeben, ungefähre Angaben.
Die Bezeichnungen der Inhaltsstoffe stammen aus dem International Cosmetic Ingredient Handbook, 3. Aufl. (1995).
Blockcopolymere der vorliegenden Erfindung
Die Blockcopolymere der vorliegenden Erfindung haben die Formel I:
die Formel II:
oder die Formel III:
worin m und n unabhängig voneinander ganze Zahlen von 5 bis 500 sind;
p und q unabhängig voneinander ganze Zahlen von 5 bis 100 sind;
R¹ C₂-C₄-Alkyl ist;
R² C₁-C₄-Alkyl ist;
R³ H oder C₁-C₄-Alkyl ist; und
A -O-R⁴-, -O-R⁵- oder ein Gemisch davon ist; worin
R⁴ ausgewählt ist aus:
worin t eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist,
R⁶ C₁-C₄-Alkyl ist und
R⁷ H oder C₁-C₄-Alkyl ist; und R⁵
ist, worin
x eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist und
R⁸ H oder C₁-C₆-Alkyl ist.
Die Copolymere sind AB-(Formel I), ABA-(Formel II) und BAB-(Formel III)Blockcopolymere, in denen die A-Blöcke hydrophiles Poly(ethylenglykol) und die B-Blöcke hydrophober Poly(orthoester) sind. Die Poly(orthoester)-Blöcke bestehen aus alternierenden Resten eines Diketenacetals und eines Diols.
Die Eigenschaften der Copolymere, sowohl die mechanisch-physikalischen Eigenschaften als auch die Bioerodierbarkeit, werden durch die Art des Copolymers (AB-Doppelblock, ABA-Dreifachblock oder BAB-Dreifachblock), die Länge der PEG- und der POE-Blöcke und des Diols/der Diole, das/die in den POE-Blöcken verwendet wird/werden, bestimmt (insbesondere durch den Anteil von Diol der allgemeinen Formel HO-R⁵-OH, das in den POE-Blöcken verwendet wird).
Bevorzugte Polymere sind jene, in denen:
m und n unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 50 bis 250 sind, insbesondere wenn m und n gleich sind;
p und q unabhängig voneinander eine ganze Zahl von 10 bis 50 sind, insbesondere wenn p und q gleich sind;
R¹ Ethyl ist;
R² Methyl ist;
R³ Wasserstoff oder Methyl, insbesondere Methyl, ist;
R⁴ CDM ist;
der Anteil an -O-R⁵-Gruppen im Molekül 0 bis 10 % beträgt; und
in jeder R⁵-Gruppe x = 1 oder 2 ist und R⁸ Wasserstoff oder Methyl ist.
Obwohl ein Blockcopolymer mit einem der oben angeführten bevorzugten Merkmale gegenüber einem Blockcopolymer, das dieses bevorzugte Merkmal nicht aufweist, zu bevorzugen ist, sind die Blockcopolymere noch bevorzugter, je größer die Zahl der bevorzugten Merkmale ist, die sie aufweisen.
Aufgrund des Polymercharakters dieser Moleküle stellt die Anzahl der Grundeinheiten innerhalb der Blöcke, d.h. m, n, p und q, notwendigerweise einen Mittelwert anstelle von genauen Zahlen dar; und insbesondere wenn m und n oder p und q als gleich beschrieben werden, zeigt das an, dass die Mittelwerte von m und n oder p und q etwa gleich sind.
Ausgangsmaterialien
Polyethylenglykole und Polyethylenglykolniederalkylether mit unterschiedlichen Kettenlängen (Molekulargewichten) können aus verschiedenen Quellen bezogen wer den, wie z.B. Aldrich Chemical Company, Inc., Milwaukee, Wisconsin, und Shearwater Polymers, Huntsville, Alabama.
Diketenacetale der Formel IV können beispielsweise nach den von J. Heller, "Poly(Ortho Esters)", Adv. Polymer Sci. 107, 41–92 (1993) und in den darin zitierten Verweisen oder von Helwing, US-Patent Nr. 4.532.335 beschriebenen Verfahren hergestellt werden. Die Herstellung von DETOSU wird untenstehend unter "Herstellung 1" beschrieben.
Diole der Formel HO-R⁴-OH sind im Allgemeinen von Lieferanten wie Aldrich Chemical Company, Inc., Milwaukee, Wisconsin, und anderen Lieferanten organischer Chemikalien im Handel erhältlich. trans-Cyclohexandimethanol kann, käuflich bei Cros-Organics, New Jersey, erworben werden. Die α-Hydroxysäure, die Diole der Formel HO-R⁵-OH umfasst, kann durch Reaktion eines Diols der Formel HO-R⁴-OH mit 0,5 bis 5 Moläquivalenten eines zyklischen Esters einer α-Hydroxylsäure, wie z.B. L-Lactid oder Glykolid, hergestellt werden. Geeignete Reaktionsbedingungen sind Temperaturen von 100 °C bis 200 °C und Zeiträume von 1 bis 60 h, insbesondere von 12 bis 48 h. Die Reaktion kann in Abwesenheit eines Lösungsmittels oder in Gegenwart von aprotischen polaren Lösungsmitteln, wie z.B. Diemethylformamid, Dimethylacetamid, Dimethylsulfoxid, Acetonitril und dergleichen, erfolgen. Die Herstellung einer typischen α-Hydroxylsäure, die Diole umfasst, wird untenstehend unter "Herstellung 2" beschrieben. Alternative Herstellungstechniken für die Diole der Formel HO-R⁵-OH, wie z.B. die partielle Veresterung eines Diols der Formel HO-R⁴-OH mit einer (gegebenenfalls geschützten) α-Hydroxysäure, sind Fachleuten auf dem Gebiet der vorliegenden Offenbarung klar.
Herstellung der Blockcopolymere
Die Doppelblockcopolymere der Formel I werden in einem zweistufigen Syntheseverfahren hergestellt.
In der ersten Stufe wird ein PEG-Niederalkylether der Formel R²-[OCH₂CH₂]_m-OH, wobei R² C₁-C₄-Alkyl ist, (d.h. einem RPEG) mit einem Überschuss an Diketenacetal der Formel IV umgesetzt,
um ein Zwischenprodukt der Formel V zu bilden:
In der zweiten Stufe wird ein Diol der Formel HO-R⁴-OH oder HO-R⁵-OH oder ein Gemisch davon mit der in der ersten Stufe erhaltenen Lösung (die ein Zwischenprodukt der Formel V und das überschüssige Diketenacetal umfasst) umgesetzt, um den POE-Block zu verlängern und so das Doppelblockcopolymer der Formel 1 zu bilden.
Da das Diketenacetal und das Diol in einem Verhältnis von 1:1 reagieren, um die POE-Blöcke des Diblockcopolymers zu bilden, werden die Mengen an PEG, Diketenacetal und Diol so gewählt, dass die Molmenge des Diketenacetals der Summe der Molmengen von PEG und Diol entspricht.
Der Wert m im PEG-Block, d.h. die Länge des PEG-Blocks, wird durch das gewählte RPEG bestimmt.
Der Wert n im POE-Block, d.h. die Länge des POE-Blocks, wird durch die Molmenge des Diols, bezogen auf die Molmenge von RPEG bestimmt: je größer die Molmenge des Diols (unter der Annahme, dass das Diketenacetal zumindest in der gleichen Molmenge vorhanden ist), desto länger ist der POE-Block.
Die Dreifachblockcopolymere der Formel II werden ebenfalls in einem zweistufigen Syntheseverfahren gebildet.
In der ersten Stufe wird ein Überschuss des Diketenacetals der Formel IV mit einem Diol der Formel HO-R⁴-OH oder HO-R⁵-OH oder einem Gemisch davon umgesetzt, um einen POE-Block zu bilden, der an beiden Enden in einer Diketenacetal-Einheit endet, wodurch ein Zwischenprodukt der Formel VI erhalten wird.
worin r = p – 2 ist.
In der zweiten Stufe wird das Zwischenprodukt der Formel VI mit zwei Äquivalenten PEG oder eines RPEGs umgesetzt, um das Dreifachblockcopolymer der Formel II zu bilden.
Da das Diketenacetal und das Diol im Wesentlichen in einem Verhältnis von 1:1 reagieren, um den POE-Block des Triblockcopolymers zu bilden, aber Diketenacetal-Kettenenden des POE-Blocks erwünscht sind, werden die Mengen des Diketenacetals und des Diols so gewählt, dass die Molmenge des Diketenacetals etwas höher ist als die Molmenge des Diols. Das Molverhältnis von PEG/RPEG zu POE-Block sollte etwa 2:1 betragen, wobei jedoch ein Überschuss an PEG/RPEG eingesetzt werden kann, da es nach Beendigung der Reaktion leicht vom Polymer abgetrennt werden kann.
Die Werte für m und n für die PEG-Blöcke werden durch das gewählte PEG/RPEG bestimmt. Typischerweise sind m und n gleich, wenn ein einziges PEG/RPEG verwendet wird; wenn jedoch zwei oder mehrere PEG/RPEG mit verschiedenen Längen verwendet werden, können Copolymergemische, die PEG-Blöcke in verschiedenen Längen umfassen, erhalten werden, und diese Gemische können, wenn erwünscht, durch Molekulargewichtfraktionierungsverfahren, wie z.B. Gelpermeationschromatographie, getrennt werden.
Der Wert p für den POE-Block wird hauptsächlich durch das Verhältnis von Diketenacetal zu dem Diol, die zur Bildung des POE eingesetzt werden, bestimmt.
Die Dreifachblockcopolymere der Formel III werden ebenfalls in einem zweistufigen Syntheseverfahren gebildet.
In der ersten Stufe wird ein PEG der Formel H-[OCH₂CN₂]_m-OH mit einem Überschuss an einem Diketenacetal der Formel IV umgesetzt, um ein Zwischenprodukt der Formel VII zu bilden.
In der zweiten Stufe wird ein Diol der Formel HO-R⁴-OH oder HO-R⁵-OH oder ein Gemisch davon mit der in der ersten Stufe erhaltenen Lösung (die das Zwischenprodukt der Formel VII und das überschüssige Diketenacetal umfasst) umgesetzt, um die POE-Blöcke zu verlängern, wodurch das Dreifachblockcopolymer der Formel III gebildet wird.
Da das Diketenacetal und das Diol in einem Verhältnis von 1:1 reagieren, um die POE-Blöcke des Dreifachblockcopolymers zu bilden, werden die Mengen an PEG, Diketenacetal und Diol so gewählt, dass die Molmenge des Diketenacetals der Summe der Molmengen von PEG und Diol entspricht.
Der Wert m für den PEG-Block wird durch das gewählte PEG bestimmt.
Die Werte p und q für die POE-Blöcke werden durch die Molmenge an Diol, bezogen auf die Molmenge von PEG bestimmt: je größer die Molmenge von Diol (unter der Annahme, dass das Diketenacetal zumindest in der gleichen Molmenge vorhanden ist), desto länger sind die POE-Blöcke. Typischerweise weisen die POE-Blöcke im Durchschnitt dieselbe Länge auf.
Bei einer alternativen Synthese des Dreifachblockcopolymers der Formel III werden POE-Blöcke, die an den Enden Diketenacetal-Einheiten (Zwischenprodukte der Formel VI) aufweisen, hergestellt und mit 0,5 Moläquivalenten PEG umgesetzt, um an beiden Enden des PEG in POE-Blöcken zu enden.
Bei beliebigen Synthesen, bei denen die Copolymere eine nichtumgesetzte Diketenacetal-Endgruppe aufweisen können, kann das Copolymer mit einer hydroxylhaltigen Verbindung, wie z.B. einem C₁-C₄-Alkohol, umgesetzt werden, um das Copolymer mit Alkoxy-Einheiten abzuschließen; und solche Copolymere mit Alkoxy-Endgruppen liegen im Schutzumfang der vorliegenden Erfindung. Die hydroxylhaltige Verbindung, insbesondere ein C₁-C₄-Alkohol, können im Überschuss eingesetzt werden, und der nichtumgesetzte Überschuss kann leicht während der Reinigung des Polymers abgetrennt werden.
Geeignete Reaktionsbedingungen für die Bildung der Copolymere sind jene Bedingungen, die für die Bildung von Orthoestern bekannt sind, wie z.B. in WO 97/25366 und anderen der im HINTERGRUND DER ERFINDUNG zitierten Dokumente beschrieben. Typischerweise erfolgt die Reaktion in einem polaren aprotischen Lösungsmittel, wie z.B. in den zuvor für die Herstellung einer α-Hydroxysäure angeführten Lösungsmitteln, einschließlich von Diolen und Ethern, insbesondere THF. Ein Katalysator kann, falls gewünscht oder erforderlich, eingesetzt werden und aus jenen Katalysatoren ausgewählt werden, die auf dem Gebiet der Erfindung für die Bildung von Orthoestern bekannt sind. Geeignete Katalysatoren umfassen Iod/Pyridin, starke Säuren, wie z.B. p-Toluolsulfonsäure; Lewis-Säuren, wie z.B. Bortrichlorid-etherat; Bortrifluorid-etherat, Zinnoxychlorid, Phosphoroxychlorid, Zinkchlorid, Phosphorpentafluorid, Antimonpentafluorid, Zinnchlorid und dergleichen; und Brönsted-Säuren, wie z.B. Polyphosphorsäure, Polystyrolsulfonsäure und dergleichen. PTSA ist ein besonders geeigneter Katalysator. Eine typische Menge des eingesetzten Katalysators sind etwa 0,2 Gew.-%, bezogen auf das Diketenacetal, wenngleich Mengen zwischen 0,005 % und 2 % verwendet werden können.
Geeignete Reaktionstemperaturen liegen zwischen Raumtemperatur und dem Siedepunkt des verwendeten Lösungsmittels, beispielsweise zwischen 20 °C und 70 °C; und geeignete Reaktionszeiten liegen zwischen wenigen Minuten und 48 h, typischerweise zwischen 30 min und 24 h.
Wenn die Bildung des Blockcopolymers abgeschlossen ist, kann das Copolymer durch Ausfällung in einem apolaren aprotischen Lösungsmittel, wie z.B. Hexan, isoliert werden. Typischerweise wird das Reaktionsgemisch, das das Copolymer (das vor der Zugabe abgekühlt werden kann) umfasst, langsam unter raschem Rühren zu etwa dem 10fachen Volumen des Lösungsmittels bei Raumtemperatur zugesetzt. Das ausgefällte Blockcopolymer kann durch Filtration, Dekantieren oder ein anderes geeignetes Verfahren gesammelt werden, gewaschen werden, um nichtumgesetzte Monomere und andere Verunreinigungen zu entfernen, und getrocknet werden, typischerweise in einem Vakuumofen bei einer Temperatur unterhalb seines Schmelzpunkts.
Die Bioerodierbarkeit eines Blockcopolymers der vorliegenden Erfindung wird durch zwei Faktoren bestimmt: erstens, das Ausmaß, in dem sich das Copolymer in einem wässrigen Medium löst/intakt suspendiert wird, die Löslichkeit des Copolymers; und zweitens, das Ausmaß, in dem das Copolymer, oder genauer gesagt der POE-Block/die POE-Blöcke, in dem Umfeld, dem sie ausgesetzt werden, zersetzt wird/werden. Die Zersetzungsrate des POE-Blocks/der POE-Blöcke des Copolymers in wässriger Umgebung wird durch die Hydrophilie des Copolymers und durch den Anteil der α-Hydroxysäureestergruppen in den Blöcken, sofern vorhanden, bestimmt, wobei durch Einbau eines größeren Anteils an Diolen der Formel HO-R⁵-OH in dem Diolgemisch, das zur Bildung des POE-Blocks/der POE-Blöcke eingesetzt wird, eine höhere Bioerodierbarkeit erzielt werden kann.
Verwendung der Blockcopolymere der vorliegenden Erfindung
Während die Blockcopolymere der vorliegenden Erfindung für eine beliebige Anwendung, für die biologisch abbaubare Polymere nützlich sind, wie z.B. Träger für die Langzeitfreisetzung von Wirkstoffen, orthopädische Implantate, selbstauflösende Nähte und dergleichen, Anwendung finden, werden sie auch für Anwendung besonders nützlich sein, bei denen ihre Natur als Blockcopolymer mit hydrophoben und hydrophilen Blöcken einen besonderen Vorteil darstellt, und diese Anwendungen werden detaillierter erläutert, da Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung mit den Anwendungen von biologisch abbaubaren Polymeren vertraut sind und es für sie keine Schwierigkeit darstellen wird, unter Bezugnahme auf den Stand der Technik und diese Offenbarung, die erfindungsgemäßen Blockcopolymere für solche Anwendungen anzupassen.
1) Mizellares System zum Tumor-Targeting
Polymere, die als mizellare Zufuhrsysteme eingesetzt werden können, können durch die Bildung von Zweifachblock-, AB-, oder Dreifachblock-, ABA- oder BAB-, Copolymeren, die einen hydrophilen A-Block aus Poly(ethylenglykol) und einen hydrophoben B-Block aus Poly(orthoester) umfassen, hergestellt werden.
Wenn solche Blockcopolymere in Wasser getaucht werden, worin der Poly(ethylenglykol)-Block löslich und der Poly(orthoester)-Block unlöslich ist, ballt sich das Blockcopolymer spontan und von allein zusammen, um Mizellenstrukturen zu bilden. Der hydrodynamische Durchmesser solcher Mizellen, der durch Verfahren, wie z.B. dynamische Lichtstreuung, bestimmt werden kann, weist eine Größenordnung von 10–30 nm auf. Wie durch Verfahren, wie z.B. statische Lichtstreuung, bestimmt werden kann, umfassen solche Mizellen mehrere hundert Polymerketten. Die Mizellen erfahren eine sekundäre, reversible Assoziation, wodurch Teilchen mit einem mittleren Durchmesser von etwa 100 nm entstehen. Während solche Mizellen zu groß sind, um von den Nieren ausgeschieden zu werden, sind einzelne Blockcopolymere das nicht. Außerdem erfolgt eine leichte Nierenausschneidung, da die Poly(orthoester)-Segmente biologisch abbaubar gemacht werden können.
Der Hauptnutzen solcher mizellaren Systeme beruht auf ihrer Fähigkeit, hydrophobe Arzneimittel in dem hydrophoben Kern einzuschließen und zu lösen. Dieses Einschließen erfolgt leicht auf zahlreiche Weisen. So kann das Arzneimittel zu der wässrigen Lösung, die Mizellen umfasst, zugesetzt werden und durch einfaches Rühren, durch Erwärmen auf mäßige Temperaturen oder durch Ultraschallbehandlung integriert werden. Die Mizellen sind wirksame Träger für eine Reihe von hydrophoben oder unlöslichen Wirkstoffen und sind besonders als Träger für Antikrebswirkstoffe geeignet, die sich in dem Tumor durch einen endozytotischen Prozess ansammeln.
Das wirksame Einschließen von hydrophoben Arzneimitteln erfordert einen stark hydrophoben Kern. Der Einsatz von AB-, ABA- oder BAB-Blockcopolymeren, wobei der hydrophobe B-Block einen biologisch abbaubaren, stark hydrophoben Poly(orthoester)-Kern bildet, ermöglicht die Herstellung von Systemen mit einer deutliche gesteigerten Einschlusswirksamkeit bezogen auf andere biologisch abbaubare Segmente, wie z.B. Poly(L-milch-co-glykolsäure)-Copolymere.
Während ein beliebiger Antikrebswirkstoff, der mizellare Komplexe bilden kann, für diese Anwendung geeignet ist, sind besonders jene Antikrebswirkstoffe für mizellares Tumor-Targeting geeignet, die eine geringe Wasserlöslichkeit oder einen hohen Aromatengehalt aufweisen, wie z.B. anthrazykline Antibiotika (z.B. Doxorubicin, Daunorubicin und Epirubicin), Mitomycin C, Paclitaxel und seine Analoga (z.B. Docetaxol), Platinanaloga (z.B. Cisplatin und Carboplatin) und dergleichen. Andere Mittel können Antikrebsproteine, wie z.B. Neocarzinostatin, L-Asparaginase und dergleichen, sowie für die photodynamische Therapie eingesetzte Photosensibilisatoren umfassen.
2) Bioerodierbare Blockcopolymer-Matrix für kontrollierte Arzneimittelzufuhr
In den erfindungsgemäßen Blockcopolymeren kommt es dort zu Phasentrennung, wo sich B-Block-Domänen innerhalb der kontinuierlichen A-Phase bilden oder umge kehrt. Ein solches phasengetrenntes Material weist einzigartige und nützliche thermische Eigenschaften auf. Spezifisch weisen PEG/POE-AB-, -ABA- oder -BAB-Blockcopolymere, im Gegensatz zu Poly(orthoestern), die kurze PEG-Segmente innerhalb des Poly(orthoesters) umfassen, die bei Erhitzen allmählich weich werden, relativ scharte Schmelzpunkte auf. Außerdem weisen die erfindungsgemäßen Copolymere, auch jene mit sehr niedrigen Schmelztemperaturen, mechanische Eigenschaften für die Verwendung als Implantate auf, während Poly(orthoester), die kurze Poly(ethylenglykol)-Segmente mit niedrigen Erweichungstemperaturen umfassen, mangelhafte mechanische Eigenschaften aufweisen.
Um das Copolymer als Träger für Langzeitfreisetzung einzusetzen, muss der Wirkstoff in eine Matrix aus dem Copolymer integriert oder in eine Kapsel (oder eine "Mikrokapsel" oder "Nanokapsel", da diese Bezeichnungen manchmal verwendet werden) aus dem Copolymer eingeschlossen werden. Verfahren zur Herstellung von Langzeitfreisetzungsdosierungsformen, die biologisch abbaubare Polymere verwenden, sind auf dem Gebiet der Erfindung bekannt, wie in den unter "HINTERGRUND DER ERFINDUNG" in dieser Anmeldung zitierten Verweisen und in anderen Verweisen, die Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannt sind, erläutert wird; demnach würde es für Fachleute auf dem Gebiet der Erfindung keine Schwierigkeit darstellen, unter Bezugnahme auf ihr Fachwissen und diese Offenbarung, Langzeitfreisetzungsformulierungen unter Einsatz des erfindungsgemäßen Copolymers herzustellen. Geeignete Wirkstoffe umfassen therapeutische Mittel, wie z.B. pharmazeutische oder pharmakologische Mittel, z.B. Arzneimittel und Medikamente, sowie prophylaktische Mittel, Diagnosemittel und andere Chemikalien und Materialien, die für die Vermeidung oder Behandlung einer Krankheit wirksam sind. Die erfindungsgemäßen Zusammensetzungen sind besonders für die therapeutische Behandlung von Menschen und anderen Säugetieren einsetzbar, können aber auch für andere Tiere eingesetzt werden. Zusätzlich dazu können die Langzeitfreisetzungszusammensetzungen der vorliegenden Erfindung für die Freisetzung von kosmetischen und landwirtschaftlichen Wirkstoffen oder für die Freisetzung von Bioziden, wie z.B. Fungiziden oder anderen Pestiziden, in einem Umfeld eingesetzt werden, in dem die Langzeitfreisetzung des Wirkstoffs erwünscht ist.
Im Fall von Matrixformulierungen wird das Copolymer zunächst mit dem Wirkstoff vermischt. Ein hohes Maß an Homogenität kann erzielt werden, indem das Polymer in einem durch Hitze erweichten Zustand mit dem Wirkstoff vermischt wird, wonach die Temperatur gesenkt wird, um die Zusammensetzung zu härten. Alternativ dazu kann das Copolymer in einem geeigneten Gießlösungsmittel, wie z.B. Tetrahydrofuran, Methylenchlorid, Chloroform oder Ethylacetat, gelöst werden, und der Wirkstoff kann in der Copolymerlösung dispergiert oder gelöst werden, wonach das Lösungsmittel abgedampft wird, um die Endzusammensetzung zu erhalten. Ein weiteres Verfahren umfasst das Zermahlen eines festen Copolymermaterials zu einem ein Pulver, das dann mit einem Wirkstoff in Pulverform vermischt wird. Der Wirkstoff kann auch in das Monomerebgemisch vor der Polymerisation integriert werden, unter der Voraussetzung, dass er unter Polymerisationsbedingungen stabil ist und die Polymerisationsreaktion nicht beeinflusst.
Wenn der Wirkstoff bei erhöhten Temperaturen (z.B. über 40 °C) oder in Gegenwart eines organischen Lösungsmittels oder von Gemischen von organischen Lösungsmitteln und Wasser, wie z.B. Protein, instabil ist, können spezielle Herstellungstechniken erforderlich sein, um das Ausmaß der schädlichen Bedingungen, denen der Wirkstoff ausgesetzt, ist, zu minimieren. Solche Techniken werden beispielsweise in den US-Patenten Nr. 5-620.697 (Törmälä et al., übertragen an Orion-Yhtyma Oy und Leiras Oy), das Ultraschallschmelzen zur Bildung von pharmazeutischen Zusammensetzungen des Matrixtyps offenbart, und Nr. 5.518.730 (Fuisz, übertragen an Fuisz Technologies, Inc.), das Schmelzspinnen offenbart, beschrieben, wobei beide Techniken darauf ausgelegt sind, das Ausmaß der erhöhten Temperaturen, denen das Polymer und der Wirkstoff ausgesetzt sind, zu minimieren. Andere Verfahren werden in an anderer Stelle in dieser Anmeldung zitierten Dokumenten offenbart.
Ein alternatives Verfahren für die Integration und Freisetzung von empfindlichen therapeutischen Wirkstoffen ist die Verwendung von bioerodierbaren Copolymeren, die physikalische Eigenschaften aufweisen, die für diese Integration angemessen sind. Das Copolymer kann beispielsweise so gewählt werden, dass es halbfest ist und eine salbenähnliche Konsistenz aufweist, anstatt vollkommen fest zu sein. Demnach kann ein Copolymer ausgewählt werden, das bei normaler Körpertemperatur von 37 °C eine hohe Viskosität aufweist, so dass es bei dieser Temperatur, wenn überhaupt, zu geringer Deformation kommt. Die Viskosität des Copolymers kann jedoch bei Temperaturen, die nicht höher als 45 °C sind oder vorzugsweise etwa 40 °C betragen, wesentlich sinken, so dass die Injektion des Materials bei einer Temperatur möglich sein kann, bei der der Wirkstoff seine Aktivität beibehält.
Die durch eines der oben erläuterten Verfahren erhaltene Zusammensetzung kann leicht zu einer Reihe von Formen und zu für Implantation, Einführen oder Anbringen auf dem Körper oder in Körperhöhlen oder Passagen geeigneten Arten verarbeitet werden. Die Copolymerzusammensetzung kann beispielsweise spritzgegossen, extrudiert oder gepresst werden, um einen dünnen Film zu bilden, oder ihr können verschiedene geometrische Formen verliehen werden, wie z.B. flach, quadratisch, rund, zylinderförmig, röhrenförmig, scheibenförmig, ringförmig und dergleichen. Stäbchen- oder pelletförmige Formen können mittels eines Trokars, wie für Norplant^®-Implantate bekannt, implantiert werden, und diese oder andere Formen können durch kleinere chirurgische Eingriffe implantiert werden. Alternativ dazu kann die Zusammensetzung auch nach einem größeren chirurgischen Eingriff, wie z.B. der Entfernung eines Tumors bei der chirurgischen Behandlung von Krebs, implantiert werden. Die Implantation von Polymerplättchen, die Antikrebswirkstoffe enthalten, wird beispielsweise in Brem et al., US-Patente Nr. 5.626.862 und 5.651.986 und den darin zitierten Verweisen beschrieben; und die Copolymere der vorliegenden Erfindung sind in solchen Anwendungen von Nutzen.
Die Polymerzusammensetzungen können auch mittels einer Spritze als in einer pharmazeutisch annehmbaren Injektionsbasis suspendierte Teilchen von 0,1 μm bis 1000 μm, vorzugsweise von 0,5 μm bis 200 μm und noch bevorzugter von 1 μm bis 150 μm, subkutan oder intramuskulär injiziert werden. Flüssige Träger, die für die Suspension der Arzneimittel-Copolymer-Zusammensetzung für die Injektion eingesetzt werden können, umfassen isotonische Salzlösungen oder Öle (wie z.B. Maiskeimöl, Baumwollsamenöl, Erdnussöl oder Sesamöl), die, falls gewünscht, andere Zusatzstoffe enthalten können.
Eine andere injizierbare Dosierungsform kann aus einem Wirkstoff, gemischt mit einem Copolymer der vorliegenden Erfindung, das eine salbenähnliche Konsistenz aufweist, hergestellt werden. Solche Dosierungsformen können durch Injektion mit oder ohne Lösungsmittel verabreicht werden.
Die Copolymerzusammensetzung, die entweder durch Injektion oder Implantation verabreicht wird, wird im Körper zu nichttoxischem und unreaktivem Material bioerodiert. Durch die Steuerung der Anzahl der hydrolysierbaren Bindungen in dem Polymer kann der Wirkstoff in einer gewünschten Rate freigesetzt werden. Implantate, die aus den vorliegenden Copolymeren hergestellt werden und worin das Copolymer die Matrix, die einen Wirkstoff enthält, darstellt, haben auch den Vorteil, dass sie nicht entfernt werden müssen, da das Copolymer bioerodierbar ist.
In manchen Fällen können Teilchen mit Kernen aus dem reinen Wirkstoff, der mit dem vorliegenden Copolymer in verschiedenen Dicken beschichtet ist, für die Langzeitfreisetzung des Wirkstoffs bevorzugt sein. Die Beschichtung oder das Einschließen von diskreten Teilchen des Wirkstoffs kann durch herkömmliche Verfahren erfolgen, die Fachleuten auf dem Gebiet der Erfindung bekannt sind. Fein verteilte Arzneimittelteilchen können beispielsweise in einem Lösungsmittelsystem (in dem das Arzneimittel unlöslich ist), das das gelöste Copolymer und andere Arzneimittelträger enthält, suspendiert werden, wonach Sprühtrocknen folgt. Alternativ dazu können die Arzneimittelteilchen in eine rotierende Pfanne oder einen Fließbetttrockner gefüllt werden, und das in einem Trägerlösungsmittel gelöste Copolymer wird auf die Arzneimittelteilchen aufgesprüht, bis eine geeignete Beschichtungsmenge auf den Teilchen abgelagert wurde, um eine gewünschte Dicke zu erhalten. Die Beschichtung kann auch durch Suspendieren der Arzneimittelteilchen in einem Lösungsmittelsystem erfolgen, das das gelöste Copolymer enthält, wonach zu der Suspension ein Nicht-Lösungsmittel zugesetzt wird, wodurch das Copolymer ausgefällt wird und eine Beschichtung auf den Arzneimittelteilchen bildet.
Bei den Langzeitfreisetzungszusammensetzungen ist der Wirkstoff, da er über einen bestimmten Zeitraum hinweg freigesetzt wird, üblicherweise in einer Menge vorhanden, die größer als die herkömmliche Einzeldosis ist. Die relativen Anteile des Wirkstoffs und des Copolymers können in einem weiten Bereich (z.B. 0,1 bis 50 Gew.-%) in Abhängigkeit von dem therapeutischen Wirkstoff und der erwünschten Wirkung variieren.
Langzeitfreisetzungszusammensetzungen von kosmetischen oder landwirtschaftlichen Mitteln können ebenfalls durch eines der oben erläuterten Verfahren unter Einsatz der erfindungsgemäßen Copolymere hergestellt werden.
Die festen Copolymere sind auch für eine Reihe von orthopädischen Anwendungen einsetzbar. Sie können beispielsweise als Vorrichtungen zur Fixierung von Brüchen zur Reparatur von osteochondralen Defekten, für Bänder- und Sehnenrekonstruktionen und als Knochenersatz eingesetzt werden. Zusätzlich dazu sind die vorliegenden Copolymere aufgrund der Tatsache, dass sie die gleichzeitige Auswahl eines gewünschten mechanisch-physikalischen Zustands und eines gewünschten Maßes an Bioerodierbarkeit ermöglichen, als Transplantate oder Stützgewebe attraktiv, auf dem Zellen in vitro vor der Implantation zur Regeneration von Geweben kultiviert werden können. Gewebe, die unter Anwendung dieses Ansatzes regeneriert werden können, umfassen die folgenden, sind aber nicht auf diese beschränkt: Knochen-, Sehnen-, Knorpel-, Bänder-, Leber-, Darm-, Harnleiter- oder Hautgewebe. Die Copolymere können beispielsweise eingesetzt werden, um Haut für Patienten mit Verbrennungen oder Hautgeschwüren zu regenerieren. Knorpel können durch Isolierung von Chondrozyten von einem Patienten (oder einem Spender), deren Vermehrung auf den aus dem vorliegenden Copolymer hergestellten Stützgewebe und Implantation der Zellen in den Patienten repariert werden.
Die Copolymerstützgewebe oder -implantate können außerdem andere biologisch aktive Substanzen oder synthetische anorganische Materialien umfassen, wie z.B. verstärkende Füllmaterialien zur Verbesserung der mechanischen Eigenschaften der Stützgewebe oder der Implantate (z.B. Calciumnatriummetaphosphat-Fasern), Anti biotika oder Knochenwachstumsfaktoren, um die orthopädische Wiederherstellung und die Geweberegeneration einzuleiten und/oder zu fördern.
Herstellungen und Beispiele
Herstellung 1: Herstellung eines Diketenacetals der Formel IV 3,9-Di-(ethyliden)-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecan (DETOSU)
Ein mit einem mechanischen Rührer, einem Argon-Einleitrohr, einem Thermometer und einem Gummiseptum ausgestatteter 3-l-Dreihalskolben wurde mit 1,2 l Ethylendiamin befüllt. Der Kolben wurde mit Eiswasser gekühlt und der Inhalt unter Argonatmosphäre auf etwa 8 °C gehalten. Eine Hexanlösung von 130 g (2 mol n-BuLi) n-Butyllithium wurde über einen Zeitraum von 1 h durch ein U-Edelstahlröhrchen zugesetzt, das durch das Gummiseptum geschoben wurde, wobei sorgfältig gesteuerter Argondruck eingesetzt wurde. Dann wurde ein Gemisch aus 530 g (2,5 mol) 3,9-Divinyl-2,4,8,10-tetraoxaspiro[5,5]undecan (erhältlich von Aldrich Chemical Company, Inc., Milwaukee, Wisconsin, USA) und 0,5 l Ethylendiamin auf 8 °C abgekühlt und zu dem Kolben zugesetzt. Nach dreistündigem Rühren bei 8 °C wurde das Reaktionsgemisch unter starkem Rühren auf 3 l Eiswasser gegossen. Das wässrige Gemisch wurde 2-mal mit 1-l-Teilen Hexan extrahiert. Die vereinigten Hexanextrakte wurden 3-mal mit 1-l-Teilen Wasser gewaschen, über wasserfreiem Magnesiumsulfat getrocknet und abgenutscht. Das Filtrat wurde auf einem Rotationsverdampfer eingedampft, bis es trocken war, wodurch ein Rohmaterial (413 g, 78 %) erhalten wurde, das 90 % DETOSU enthielt.
Das DETOSU-Rohprodukt wurde in 2 l Hexan, das 10 ml Triethylamin enthielt, gelöst, und die Lösung wurde in einen 4-l-Filtrierkolben gegossen, abgedichtet und 2 Tage lang in einem Gefrierschrank bei –20 °C gelagert. Die so gebildeten Kristalle wurden durch Korbzentrifugation bei –5 °C unter Argonatmosphäre gesammelt. Durch Destillation des bräunlichen Produkts über eine 12-Zoll-Vigreuxkolonne bei reduziertem Druck wurden 313 g (61 %-Ausbeute) DETOSU als farblose Flüssigkeit mit einem Siedepunkt von 82 °C (0,1 Torr) erhalten, die bei Raumtemperatur kristallierte, mit einem Schmelzpunkt von 30 °C und einer charakteristischen Infrarotabsorptionsbande von 1700 cm^–1.
Herstellung 2: Herstellung von Diolen der Formel III(a), III(b) oder III(c)
Unter wasserfreien Bedingungen wurden 14,42 g (100 mmol) CDM und 11,6 g (100 mmol) Glykolid in einen 100-ml-Rundkolben eingewogen. Der Kolben wurde mit einem Gummiseptum verschlossen, dann 24 h lang in einem Ölbad auf 180 °C erhitzt. Das oben dargestellte Produkt würde als viskoses Öl erhalten.
2,88 g (20 mmol) CDM und 6,96 g (60 mmol) Glykolid wurden gemäß dem Verfahren von Herstellung P2(a) umgesetzt, wodurch das oben dargestellte Produkt als niedrig schmelzenden Feststoff erhalten wurde.
Die folgenden zusätzlichen Diole wurden unter Einsatz von analogen Verfahren synthetisiert:
Weitere Diole werden unter Einsatz von analogen Verfahren auf ähnliche Weise synthetisiert.
Beispiel 1: Herstellung von Doppelblockcopolymeren der Formel I
E1(a).
In einer Glove-box wurden 4 g (2 mmol) PEG-2000-Methylether in einen 100-ml-Kolben eingewogen und in 25 g THF gelöst, und 4,372 g (20,6 mmol) DETOSU wurden zugesetzt. Drei Tropfen einer 25 mg/ml Lösung von PTSA in THF wurden zu der Lösung zugesetzt, und der Kolben wurde mit einem Gummiseptum verschlossen und in einem Ölbad 30 min lang auf 70 °C erhitzt. Weitere drei Tropfen PTSA-Lösung wurden zugesetzt, und die Lösung wurde weitere 30 min lang erhitzt. 2,596 g (18 mmol) CDM wurden zugesetzt, und die Lösung wurde gerührt, bis das CDM vollständig gelöst war, wonach weitere drei Tropfen PTSA-Lösung zugesetzt wurden. Nach 30-minütigem Rühren wurde die Lösung in einen Tropftrichter übertragen und unter starkem Rühren in etwa 1 l Hexan getropft, um das Doppelblockcopolymer auszufällen, das dann abfiltriert und in einem Vakuumofen getrocknet wurde. Das isolierte Copolymer wies ein zahlenmittleres Molekulargewicht M_n von 12.240 auf, was die Gegenwart von durchschnittlich 31 Orthoester-Einheiten im Molekül anzeigte (n = 31), und umfasste etwa 36,5 % PEG. Das Copolymer wies einen Schmelzpunkt von 34,1 °C und eine Glastemperatur T_g von 27,5 °C auf.
E1(b)
Durch eine ähnliche Reaktion unter Einsatz von 10 g (2 mmol) PEG-5000-Methylether wurde ein Doppelblockcopolymer mit M_n = 14820, einem PEG-Gehalt von 58,9 % und einem Schmelzpunkt von 51,2 °C erhalten.
E1(c)
Durch eine ähnliche Reaktion unter Einsatz von 7 g (1,4 mmol) PEG-5000-Methylether und 2,682 g (18,6 mmol) CDM wurde ein Doppelblockcopolymer mit M_n = 19150, einem PEG-Gehalt von 49,8 %, einem Schmelzpunkt von 48,2 °C und T_g = 32,7 °C erhalten.
E1(d).
Durch eine ähnliche Reaktion unter Einsatz von 20 g (4 mmol) PEG-5000-Methylether und 2.307 g (16 mmol) CDM wurde ein Doppelblockcopolymer erhalten.
Beispiel 2: Herstellung von Dreifachblockcopolymeren der Formel II
In einer Glove-box wurden 4,372 g (20,6 mmol) DETOSU und 2,307 g (16 mmol) CDM in einen 100-ml-Kolbeneingewogen und in 25 ml THF gelöst. Ein Tropfen einer 25 mg/ml Lösung von PTSA in THF wurde zugesetzt, um die Reaktion einzuleiten. Als das Reaktionsgemisch auf Raumtemperatur abgekühlt war, wurden 8 g (4 mmol) PEG-2000 zugesetzt. Die Lösung wurde vorsichtig erwärmt, bis das PEG vollständig gelöst war, und dann wurden drei Tropfen PTSA-Lösung zugesetzt. Der Kolben wurde mit einem Gummiseptum verschlossen und in einem Ölbad 30 min lang auf 70 °C erhitzt. Weitere drei Tropfen PTSA-Lösung wurden zugesetzt, und der Kolben wurde weitere 30 min lang erhitzt. Nach dem Abkühlen auf Raumtemperatur wurde die Lösung unter Rühren zu 1 l Hexan zugetropft, um das Dreifachblockcopolymer auszufällen. Das Copolymer wurde in einem Vakuumofen getrocknet.
Beispiel 3: Löslichkeit der Copolymere
100 mg des Copolymers aus E1(d) wurden in 2 ml Aceton gelöst, und 20 ml Phosphatpuffer-Salzlösung, pH 7,4, wurden zugesetzt. Es wurde keine Ausfällung des Copolymers beobachtet. Die Lösung wurde bei Raumtemperatur unter Wasserstrahlvakuum gesetzt, um das Aceton zu entfernen, und das Copolymer verblieb in Lösung.
Andere Copolymere der Formel I und Formel II wiesen eine ähnliche Löslichkeit auf.
Beispiel 4: Löslichkeit von hydrophoben/wasserunlöslichen Wirkstoffen
100 mg des Copolymers aus E1(d) wurden in 2 ml Aceton gelöst, und die Lösung wurde zu einer Lösung von 7,7 mg Hydrocortison in 2 ml Aceton zugesetzt. Die kombinierten Acetonlösungen wurden zu 5 ml Phosphatpuffer-Salzlösung, pH 7,4, zugesetzt, das Aceton wurde im Vakuum entfernt, und die wässrige Lösung wurde durch ein 0,45-μm-Filter filtriert. Es wurde festgestellt, dass die wässrige Lösung eine Hydrocortison-Konzentration von 1,1 mg/ml aufwies, was etwa 4-mal höher war als die Wasserlöslichkeit von Hydrocortison mit 0,28 mg/ml, was darauf hinwies, dass das Hydrocortison vom Copolymer eingeschlossen und löslich gemacht worden war.
Andere Copolymere der Formel I und II weisen eine ähnliche Solubilisierung von hydrophoben/wasserunlöslichen Wirkstoffen auf.
Beispiel 5: Bioerodierbarkeit der Copolymere
Das Copolymer aus E1(c) wurde bei 48 °C und 1000 atm zu einer 0,6 mm dicken Platte gepresst und dann in Plättchen von etwa 6 mm × 6 mm geschnitten. Die Plättchen wurden abgewogen und dann bei 37 °C in eine Phosphatpuffer-Salzlösung, pH 7,4, eingebracht, und der Gewichtsverlust der Plättchen wurde in Abhängigkeit von der Zeit gemessen. Die Ergebnisse sind in 1 angeführt.
Andere Copolymere der Formel I, II oder III weisen eine ähnliche Bioerodierbarkeit auf.
Obwohl die Erfindung in Verbindung mit spezifischen Ausführungsformen und Beispielen beschrieben wurde, ist Fachleuten auf dem Gebiet der vorliegenden Erfindung klar, dass Äquivalente der spezifisch offenbarten Materialien und Techniken ebenfalls für diese Erfindung einsetzbar sind; und die folgenden Ansprüche sollen solche Äquivalente umfassen.

Claims

Blockcopolymer der Formel I:
Formel II:
oder Formel III:
worin: m und n unabhängig voneinander ganze Zahlen von 5 bis 500 sind; p und q unabhängig voneinander ganze Zahlen von 5 bis 100 sind; R¹ C₂-C₄-Alkyl ist; R² C₁-C₄-Alkyl ist; R³ H oder C₁-C₄-Alkyl ist; und A -O-R⁴-, -O-R⁵- oder ein Gemisch daraus ist; worin R⁴ ausgewählt ist aus:
worin t eine ganze Zahl von 1 bis 12 ist, R⁶ C₁-C₄-Alkyl ist und R⁷ H oder C₁-C₄-Alkyl ist; und R⁵
ist, worin x eine ganze Zahl von 1 bis 10 ist und R⁸ H oder C₁-C₆-Alkyl ist.
Copolymer nach Anspruch 1, das eine Verbindung der Formel I, II oder III ist.
Copolymer nach Anspruch 2, worin m eine ganze Zahl von 50 bis 250 ist und p eine ganze Zahl von 10 bis 50 ist.
Copolymer nach Anspruch 2, das eine Verbindung der Formel I ist, worin R¹ Ethyl und R² Methyl ist.
Copolymer nach Anspruch 2, das eine Verbindung der Formel II ist, worin R¹ Ethyl ist und R³ Wasserstoff oder Methyl ist.
Copolymer nach Anspruch 2, das eine Verbindung der Formel III ist, worin R¹ Ethyl ist.
Copolymer nach Anspruch 2, worin A -O-R⁴- ist und HO-R⁴-OH Cyclohexandimethanol ist.
Mizellare pharmazeutische Zusammensetzung zur Zufuhr eines hydrophoben oder wasserunlöslichen Wirkstoffs, wobei der Wirkstoff in einem Arzneimittelträger physikalisch eingeschlossen ist, der ein Blockcopolymer nach Anspruch 1 oder 2 umfasst, nicht aber kovalent an diesen gebunden ist.
Zusammensetzung zur Langzeitfreisetzung eines Wirkstoffs, wobei der Wirkstoff in einer Matrix dispergiert ist, die das Blockcopolymer nach Anspruch 1 oder 2 umfasst.
Mizellare pharmazeutische Zusammensetzung nach Anspruch 8, worin der Wirkstoff ein Antikrebsmittel ist.
Zusammensetzung nach Anspruch 9, worin der Wirkstoff ein Antikrebsmittel ist.